场效应晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种场效应晶体管及其制备方法。上述场效应晶体管，包括：衬底，所述衬底上设有绝缘纳米线，所述绝缘纳米线的两端分别设有源漏电极，所述衬底上设有台阶，所述台阶上设有铜基底CV D石墨烯或单层单晶石墨烯形成的石墨烯栅极层，所述石墨烯栅极层上设有栅电极；具备半导体性质的二维膜层，所述二维膜层的截面为“Ω”形，所述二维膜层的中部位于所述绝缘纳米线的外壁，所述二维膜层的两个侧部位于所述衬底；介质层，所述介质层位于所述二维膜层的中部。本发明专利技术提供的场效应晶体管能够在尺寸极限缩小的情况下进一步抑制短沟道效应，实现较高的开关比，改善器件基础性能。改善器件基础性能。改善器件基础性能。

【技术实现步骤摘要】
场效应晶体管及其制备方法


[0001]本专利技术涉及信息工程
，尤其涉及一种场效应晶体管及其制备方法。

技术介绍

[0002]等比例缩小晶体管尺寸是过去不断延续摩尔定律的主要策略。然而，在平面型场效应晶体管中，随着尺度越来越小，越来越严重的短沟道效应使得这种尺寸缩小的方式难以继续维持。鳍式、多栅和围栅等器件相继被提出和应用，他们相较于平面型结构具有更强的栅极控制能力，且在一定程度上可以抑制短沟道效应。但这些采用先进器件结构的技术方案本质上是增大了栅极对沟道的控制区域，同时也带来了较高的工艺复杂度，制备成本显著提升。尤其在10纳米以下的场效应晶体管中，采用这种方式会出现成本代价过高等问题。
[0003]现有技术中，除了优化结构提升栅极对沟道的控制力，还采用二维材料作为沟道，由于其原子层厚度，可以有效降低器件自然特征长度，抑制短沟道效应。相关技术提出可以采用单层石墨烯作为栅极去调控单层二硫化钼沟道，实现低至亚1纳米的栅极长度。然而，在这种极限尺度下，二维材料场效应晶体管仍然出现了一定的短沟道效应。
[0004]因此，现有的场效应晶体管还有待改进。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种场效应晶体管，能够在尺寸极限缩小的情况下进一步抑制短沟道效应，实现较高的开关比，改善器件基础性能。
[0006]本专利技术提供一种场效应晶体管，包括：
[0007]衬底，所述衬底上设有绝缘纳米线，所述绝缘纳米线的两端分别设有源漏电极，所述衬底上设有台阶，所述台阶上设有铜基底CVD石墨烯或单层单晶石墨烯形成的石墨烯栅极层，所述石墨烯栅极层上设有栅电极；
[0008]具备半导体性质的二维膜层，所述二维膜层的截面为“Ω”形，所述二维膜层的中部位于所述绝缘纳米线的外壁，所述二维膜层的两个侧部位于所述衬底；
[0009]介质层，所述介质层位于所述二维膜层的中部。
[0010]根据本专利技术提供的场效应晶体管，所述石墨烯栅极层的厚度小于1纳米。
[0011]根据本专利技术提供的场效应晶体管，所述介质层的截面为“Ω”形，所述介质层的中部位于所述二维膜层的中部，所述介质层的两个侧部分别位于所述二维膜层对应的侧部。
[0012]根据本专利技术提供的场效应晶体管，所述绝缘纳米线水平设置在所述衬底上，所述石墨烯栅极层位于所述台阶的侧壁上，所述台阶设有所述石墨烯栅极层的侧壁垂直于所述衬底。
[0013]根据本专利技术提供的场效应晶体管，所述源漏电极采用包括钛、钯或金的材料制成。
[0014]根据本专利技术提供的场效应晶体管，所述栅电极采用包括钛、钯或金的材料制成。
[0015]根据本专利技术提供的场效应晶体管，所述二维膜层采用包括HfO2、ZrO2或Al2O3的材
料制成。
[0016]根据本专利技术提供的场效应晶体管，所述绝缘纳米线采用包括SiO2的材料制成。
[0017]根据本专利技术提供的场效应晶体管，所述台阶采用包括SiO2、Hf O2或ZrO2的材料制成。
[0018]本专利技术还提供一种场效应晶体管的制备方法，包括：
[0019]准备具备绝缘纳米线的衬底；
[0020]在所述绝缘纳米线上制备二维膜层；
[0021]在所述二维膜层上制备介质层；
[0022]在所述衬底上制备台阶；
[0023]在所述台阶上制备石墨烯栅极层；
[0024]在所述绝缘纳米线的两端制备源漏电极，在所述石墨烯栅极层上制备栅电极。
[0025]根据本专利技术提供的场效应晶体管的制备方法，包括：
[0026]准备具备绝缘纳米线的衬底；
[0027]通过干法或湿法在所述绝缘纳米线上制备二维膜层；
[0028]通过ALD工艺在所述二维膜层上制备介质层；
[0029]通过沉积并图形化刻蚀在所述衬底上制备台阶；
[0030]通过湿法转移或机械剥离在所述台阶上制备石墨烯栅极层，并通过图形化角度刻蚀工艺，对所述介质层上的单层石墨烯刻蚀处理，保留所述台阶的侧壁上的单层石墨烯作为所述石墨烯栅极层；
[0031]通过溅射或蒸发工艺在所述绝缘纳米线的两端制备源漏电极，通过溅射或蒸发工艺在所述石墨烯栅极层上制备栅电极。
[0032]本专利技术提供的场效应晶体管及其制备方法，绝缘纳米线被二维膜层包覆形成“Ω”形二维沟道，并在台阶的侧壁上制备出单层石墨烯形成的石墨烯栅极层，从而在保留单层石墨烯作为栅极以极短栅长调控沟道的同时，进一步缩小沟道尺寸并提升栅极控制能力。通过近环栅结构和亚1纳米栅长的结合，该器件进一步抑制了短沟道效应，提高了水平尺寸微缩能力。该器件可同时实现极短栅极长度和较低的沟道长度，减小单个器件占用面积，能应用在高密度的大规模数字逻辑集成电路领域，推进先进技术节点进一步发展。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0034]图1是本专利技术提供的场效应晶体管实施例的主视图；
[0035]图2是本专利技术提供的场效应晶体管实施例的剖视图；
[0036]图3是本专利技术提供的场效应晶体管实施例的俯视图；
[0037]图4是本专利技术提供的场效应晶体管的制备方法的流程图；
[0038]图5是本专利技术提供的场效应晶体管的制备方法中涉及光刻步骤的制备流程工艺版图。
[0039]附图标记：
[0040]101、衬底；102、二维膜层；103、介质层；104、绝缘纳米线；105、台阶；106、石墨烯栅极层。
具体实施方式
[0041]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0042]下面结合图1
‑
图3描述本专利技术提供的场效应晶体管。
[0043]如图1
‑
3所示，分别为本专利技术提供的场效应晶体管实施例的主视图、剖视图和俯视图。本实施例的场效应晶体管，包括衬底101、具备半导体性质的二维膜层102和介质层103；
[0044]衬底101上设有绝缘纳米线104，绝缘纳米线104的两端分别设有源漏电极(图中未示出)，衬底101上设有台阶105，台阶105上设有铜基底CVD石墨烯或单层单晶石墨烯形成的石墨烯栅极层106，石墨烯栅极层106上设有栅电极(图中未示出)，位于绝缘纳米线104两端的两个金属源漏电极和位于石墨烯栅极层106上的金属栅电极可作为场效应晶体管三个端口各自的电极；
[0045]二维膜层102的截面为“Ω”形，二维本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种场效应晶体管，其特征在于，包括：衬底，所述衬底上设有绝缘纳米线，所述绝缘纳米线的两端分别设有源漏电极，所述衬底上设有台阶，所述台阶上设有铜基底CVD石墨烯或单层单晶石墨烯形成的石墨烯栅极层，所述石墨烯栅极层上设有栅电极；具备半导体性质的二维膜层，所述二维膜层的截面为“Ω”形，所述二维膜层的中部位于所述绝缘纳米线的外壁，所述二维膜层的两个侧部位于所述衬底；介质层，所述介质层位于所述二维膜层的中部。2.根据权利要求1所述的场效应晶体管，其特征在于，所述介质层的截面为“Ω”形，所述介质层的中部位于所述二维膜层的中部，所述介质层的两个侧部分别位于所述二维膜层对应的侧部。3.根据权利要求1所述的场效应晶体管，其特征在于，所述绝缘纳米线水平设置在所述衬底上，所述石墨烯栅极层位于所述台阶的侧壁上，所述台阶设有所述石墨烯栅极层的侧壁垂直于所述衬底。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的场效应晶体管，其特征在于，所述源漏电极采用包括钛、钯或金的材料制成。5.根据权利要求1
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3任一项所述的场效应晶体管，其特征在于，所述栅电极采用包括钛、钯或金的材料制成。6.根据权利要求1
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3任一项所述的场效应晶体管，其特征在于，所述二维膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：田禾，沈阳，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：